All Categories

Làm Thế Nào Để Đảm Bảo An Toàn Cho Pin Lưu Trữ Năng Lượng?

2025-07-15 13:54:31
Làm Thế Nào Để Đảm Bảo An Toàn Cho Pin Lưu Trữ Năng Lượng?

Lưu trữ năng lượng Pin và Rủi Ro Về Cháy Nhiệt

Hiểu Rõ Hiện Tượng Lan Truyền Nhiệt Trong Hệ Thống Pin Lithium-Ion

Cháy nhiệt vẫn là mối lo ngại an toàn nghiêm trọng nhất đối với pin lithium-ion pin lưu trữ năng lượng , xảy ra khi tốc độ phát nhiệt vượt quá khả năng tản nhiệt trong quá trình vận hành. Hiệu ứng dây chuyền này bắt đầu ở mức 160-210°C đối với các biến thể NMC (niken mangan coban), tuy nhiên tăng lên tới 270°C đối với loại LFP (lithium iron phosphate) an toàn hơn do cấu trúc hóa học ổn định hơn trong mạng tinh thể (Nghiên cứu của phòng thí nghiệm bên thứ ba, 2025). Có ba nguyên nhân tiềm ẩn chi phối phân tích lỗi:

  • Hỏng hóc cơ học do va đập hoặc nén ép
  • Lạm dụng điện do sạc quá mức hoặc đoản mạch
  • Ứng suất nhiệt vượt ngưỡng hoạt động

Năm 2024 Báo cáo Khoa học nghiên cứu cho thấy việc làm nóng từ bên cạnh làm tăng tốc độ lan truyền nhanh hơn 34% so với việc làm nóng theo chiều dọc trong các hệ thống đa tế bào, với nhiệt độ đỉnh điểm vượt quá 800°C trong các sự cố mất kiểm soát liên tiếp. Các thiết kế dạng mô-đun sử dụng bộ phận ngăn cháy hiện nay có thể làm chậm ngưỡng nhiệt độ quan trọng từ 12–18 phút, cung cấp khoảng thời gian thiết yếu cho hệ thống an toàn phản ứng.

Chiến lược ngăn chặn đám cháy cho hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS)

Các hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin hiện đại (BESS) triển khai các quy trình ngăn chặn phân tầng kết hợp giữa các biện pháp bị động và chủ động:

  1. Rào chắn chống cháy bị động sử dụng sợi gốm hoặc lớp phủ trương nở chịu được nhiệt độ 1.200°C trong hơn 90 phút
  2. Hệ thống xả khí chuyển hướng các sản phẩm phụ của sự cố nhiệt runaway ra xa các mô-đun không bị ảnh hưởng
  3. Buồng phân vùng hạn chế lượng oxy để kìm hãm quá trình cháy

Phân tích chuẩn mực năm 2025 cho thấy các hệ thống tích hợp phát hiện khói và làm mát bằng chất lỏng đã giảm tới 78% các sự kiện nhiệt quy mô đầy đủ so với các hệ thống làm mát bằng không khí. Khoảng cách tuân thủ NFPA 855 (3 ft giữa các module) còn làm giảm nguy cơ bắt lửa lan bằng cách làm chậm tốc độ truyền nhiệt xuống dưới 0,8°C/giây.

Nghiên cứu điển hình: Phân tích sự cố cháy pin năm 2023

Một vụ cháy hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin quy mô lớn vào năm 2023 đã phơi bày những điểm yếu thiết kế quan trọng khi hiện tượng tự xả bất thường trong ba module NMC đã gây ra sự gia tăng nhiệt độ không được phát hiện. Những phát hiện chính từ phân tích kỹ thuật là:

  • Cảm biến nhiệt có độ trễ 22 giây trong việc báo cáo các ngưỡng nhiệt độ quan trọng
  • Tường ngăn lửa không có khả năng chống ăn mòn đủ mạnh trong môi trường độ ẩm cao
  • Lực lượng ứng phó khẩn cấp cần đào tạo chuyên sâu để xử lý các đám cháy liên quan đến lithium

Các mô phỏng sau sự cố cho thấy các quy trình dừng khẩn cấp được cập nhật có thể đã giới hạn thiệt hại xuống còn 11% cơ sở thay vì mức tổn thất thực tế là 63%. Sự kiện này đã thúc đẩy các quy định bắt buộc áp dụng hệ thống giám sát nhiệt độ hai đường dẫn và kiểm tra hình ảnh nhiệt định kỳ hàng quý tại 14 tiểu bang Hoa Kỳ.

Lưu trữ năng lượng Pin Quy Trình Thử Nghiệm An Toàn

Phương Pháp Thử Nghiệm Cháy Quy Mô Lớn UL 9540A

Các phương pháp an toàn hiện đại được áp dụng cho pin lưu trữ năng lượng dựa trên các thử nghiệm cháy tiêu chuẩn như UL 9540A, được xây dựng dựa trên đánh giá rủi ro cháy, bao gồm các mô hình cơ bản mô phỏng sự lan truyền phản ứng dây chuyền mất ổn định nhiệt và khả năng xảy ra các kịch bản xấu nhất như sự cố liên hoàn của các thiết bị mô-đun pin. Phiên bản UL 9540A cập nhật mới nhất (2025) cho phép đánh giá các công nghệ tiên tiến hơn như pin ion natri và đảm bảo quy trình đánh giá rủi ro cháy nghiêm ngặt hơn. Ví dụ, kết quả thử nghiệm sẽ chỉ ra liệu các hệ thống lắp đặt có cần các buồng chống cháy hoặc thông gió để kiểm soát khí phát thải hay không. Đồng thời, phạm vi hóa chất của khối pin (powerpack) hiện được mở rộng hơn, phản ánh tiến bộ chung của ngành công nghiệp lưu trữ năng lượng.

CSA C800-2025 Yêu cầu Đánh giá Độ bền

Tiêu chuẩn CSA C800-2025, được phát triển bởi Argonne, là tiêu chuẩn đi kèm cho pin xe và tập trung vào các yêu cầu về độ bền cao hơn đối với hệ thống pin, nhấn mạnh nhiều hơn vào độ bền cơ học và môi trường. Quy trình thử nghiệm bao gồm hơn 2.000 giờ 'chu kỳ nhiệt độ mô phỏng', kiểm tra độ rung tương ứng với điều kiện ở khu vực động đất cấp 4, và tiếp xúc độ ẩm tiên tiến ở mức 95% RH. Các thử nghiệm này xác nhận rằng trong các trường hợp pin, chất điện phân sẽ không bị rò rỉ ngay cả trong điều kiện thời tiết khắc nghiệt, điều này đặc biệt quan trọng ở các khu vực ven biển hoặc vùng có nguy cơ xảy ra động đất.

Quy Trình Chứng Nhận Độc Lập Nhằm Đảm Bảo Độ Tin Cậy Cho Hệ Thống Lưu Trữ Năng Lượng (ESS)

Các tổ chức chứng nhận độc lập xác thực các hệ thống lưu trữ năng lượng thông qua các cuộc kiểm toán đa giai đoạn phù hợp với các tiêu chuẩn NFPA 855 và IEC 62933. Quy trình này bao gồm:

  • Phân tích vật liệu ở cấp độ linh kiện (ví dụ: tính toàn vẹn của lớp cách nhiệt chống cháy)
  • Kiểm tra tải vận hành toàn hệ thống ở mức dung sai điện áp ±15%
  • Đánh giá an ninh mạng cho các hệ thống quản lý pin kết nối đám mây

Các tổ chức chứng nhận tiến hành kiểm tra bất ngờ tại cơ sở để đảm bảo tuân thủ liên tục, trong đó 93% các cuộc kiểm toán thất bại bắt nguồn từ việc hiệu chuẩn cảm biến nhiệt không đúng (Báo cáo An toàn ESS 2024).

Industrial and Commercial Energy Storage Battery-副图2.png

Lưu trữ năng lượng Pin Thiết kế Tính năng An toàn

Các hệ thống an toàn được tích hợp sẵn để tạo thành bảo hiểm an toàn cao cho pin lưu trữ năng lượng khỏi hiện tượng cháy nhiệt thông qua các biện pháp kỹ thuật đa cấp. Các đột phá chính đến từ ba lĩnh vực là hệ thống quản lý pin tiên tiến (BMS) để giám sát thời gian thực, thành phần chất điện phân chống cháy và kiến trúc mô-đun để định vị lỗi. Tổng thể, những nguyên tắc thiết kế này làm tăng khả năng phục hồi của hệ thống trước các lỗi cục bộ và giảm nguy cơ xảy ra sự cố nghiêm trọng.

Kiến trúc Hệ thống Quản lý Pin Tiên tiến (BMS)

Các hệ thống BMS hiện đại sử dụng các thuật toán dự đoán để theo dõi mức điện áp của từng cell, nhiệt độ bên trong và SoC. Một phần trong hoạt động của Flick là nhận biết sớm các hiện tượng bất thường, ví dụ như: Quá tải hoặc ứng suất nhiệt, từ đó kích hoạt việc tắt chủ động các module bị ảnh hưởng trước khi mức độ suy giảm trở nên nghiêm trọng. Việc can thiệp theo thời gian thực này giúp tránh tình trạng các vấn đề cục bộ phát triển thành sự cố nhiệt toàn hệ thống, đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống lớn.

Những đột phá về khoa học vật liệu trong chất điện phân chống cháy

Những bước tiến vượt bậc trong lĩnh vực hóa học chất điện phân đã đạt được nhờ tập trung vào các chất điện phân có khả năng chống cháy bén lửa từ bản chất, không chỉ ngăn chặn sự bắt lửa mà còn làm chậm quá trình lan truyền lửa. Cập nhật mới nhất về nghiên cứu an toàn pin cho năm 2024 cho thấy thiết kế pin thể rắn sử dụng phương pháp khử điện dương để cố định chất điện phân và hạn chế sự hình thành dendrite liti. Chiến lược này mang lại hiệu suất coulombic lên đến 99,9% và tuổi thọ chu kỳ kéo dài 10.000 giờ với nguy cơ bắt lửa giảm đáng kể.

Thiết kế mô-đun nhằm cô lập và kiểm soát sự cố

Cấu hình pin mô-đun chia nhỏ các tế bào thành các đơn vị chống cháy được tách biệt bởi các rào cản nhiệt. Khi xảy ra hiện tượng mất ổn định nhiệt, thiết kế này giới hạn thiệt hại trong phạm vi mô-đun ban đầu, ngăn chặn sự lan rộng sang các đơn vị khác. Nhờ việc cô lập sự cố, hệ thống vẫn duy trì hoạt động một phần trong quá trình sửa chữa - giảm thời gian dừng máy và cho phép thay thế linh kiện mục tiêu mà không cần tắt toàn bộ hệ thống.

Pin Lưu Trữ Năng Lượng Tuân Thủ Tiêu Chuẩn NFPA 855

Khoảng Cách An Toàn và Thông Số Kỹ Thuật Về Vỏ Bọc

Vì lý do này, NFPA 855 yêu cầu khoảng cách tối thiểu là ba foot (0.9 mét) giữa các thiết bị lưu trữ năng lượng (ESS) và bức tường gần nhất để giúp ngăn chặn sự lan truyền của hiện tượng cháy nhiệt (thermal runaway). Khoảng cách này có thể được giảm xuống nếu sử dụng thử nghiệm toàn bộ quy mô với các rào cản chống cháy và xác nhận các giải pháp giảm thiểu rủi ro. Các nhà lãnh đạo trong ngành đã chuyển sang sử dụng các vỏ bọc bằng thép gia cường có chứng nhận UL 94 V-0 thay vì nhựa chống cháy (FR) dễ cháy để giúp giảm 40–60% nguy cơ truyền nhiệt so với các thiết kế không có chứng nhận.

Yêu Cầu Về Hệ Thống Phát Hiện Khói Và Thông Gió

Hệ thống phát hiện khói tiên tiến phải kích hoạt báo động trong vòng 30 giây kể từ khi phát hiện ra các hạt bụi mịn, theo hướng dẫn của NFPA 72. Thiết kế thông gió tập trung vào việc pha loãng các khí dễ cháy như hydro fluoride, đòi hỏi hệ thống phải thay đổi không khí từ 12–15 lần mỗi giờ trong không gian kín. Một nghiên cứu của ngành năm 2023 cho thấy việc thông gió đúng cách có thể giảm tới 60% nguy cơ tích tụ khí trong các tình huống cháy nhiệt.

Việc Áp Dụng Tiêu Chuẩn Chống Cháy Theo Cấp Độ Bang

Hiện tại, 23 bang yêu cầu áp dụng NFPA 855 cho các hệ thống pin quy mô nhà máy điện, trong đó cả Michigan và California đều bắt buộc thực hiện phân tích rủi ro riêng biệt theo địa điểm đối với các vụ cháy xảy ra sau năm 2023. Những Bang Bị Ảnh Hưởng Nặng Nề Nhất: Báo cáo An toàn Quốc gia 2024 cho biết 89% dự án mới hiện nay đã vượt qua các tiêu chuẩn tối thiểu của NFPA thông qua các bức tường lửa chắc chắn và hệ thống dập lửa tự động. California và một tá bang khác đã hoàn tất bản thảo cho năm 2025 với các quy định nghiêm ngặt hơn về khoảng cách an toàn cho hệ thống lưu trữ năng lượng (ESS) ở khu vực đô thị.

Kế Hoạch Ứng Phó Sự Cố Đối Với Pin Lưu Trữ Năng Lượng

Quy Trình Phối Hợp Với Lực Lượng Phòng Cháy Chữa Cháy Khi Xảy Ra Cháy Bộ Lưu Trữ Năng Lượng (BESS)

Các quy định về phòng cháy chữa cháy cho hệ thống lưu trữ năng lượng bằng pin (BESS) là cần thiết để đảm bảo phản ứng khẩn cấp hiệu quả. Các cơ quan nên phát triển kế hoạch trước sự cố với các chiến thuật cụ thể để ngăn chặn sự bùng phát nhiệt, quy trình cô lập điện và các chiến lược phun nước phù hợp với từng loại hóa chất lithium-ion khác nhau. Tổ chức các buổi luyện tập đào tạo phối hợp giữa hệ thống và người vận hành trong đó lực lượng cứu hộ được hướng dẫn vị trí cửa pin và công tắc ngắt pin. Việc chia sẻ thông tin thời gian thực giữa các hệ thống giám sát cơ sở và trung tâm chỉ huy sự cố cần được tích hợp vào các khuôn khổ truyền thông nhằm hỗ trợ điều phối các hoạt động kiểm soát đối với các sự kiện nhiệt.

Chiến lược giảm thiểu tác động đến sức khỏe cộng đồng

Các mối nguy hiểm đối với sức khỏe cộng đồng trong các sự cố hệ thống lưu trữ năng lượng (BESS) được trình bày như một hệ thống ngăn chặn đa lớp đối với việc phát tán khí độc và hạt bụi. Việc thông gió chiến lược và giám sát môi trường giúp thiết lập các khu vực cách ly nhằm bảo vệ cộng đồng. Kế hoạch sơ tán cần tính đến mô hình lan truyền đám mây (hướng gió và hóa học của pin). Các dự án như hợp tác an toàn ion-lithium toàn cầu đang làm việc để tạo ra các phương pháp tốt hơn nhằm kiểm soát cụm pin bị hư hại. Những hướng dẫn này ưu tiên việc kiểm soát chất lượng không khí dài hạn thông qua việc lấy mẫu môi trường sau sự cố và các biện pháp giám sát sức khỏe.

Phần Câu hỏi Thường gặp

Cháy nhiệt (thermal runaway) trong pin lưu trữ năng lượng là gì?

Cháy nhiệt là một vấn đề an toàn đối với pin lithium-ion, xảy ra khi tốc độ sinh nhiệt vượt quá khả năng tản nhiệt, gây ra hiệu ứng dây chuyền trong hệ thống pin.

Làm thế nào để ngăn ngừa cháy nhiệt trong các hệ thống lưu trữ năng lượng?

Cháy lan nhiệt có thể được ngăn chặn thông qua thiết kế mô-đun với các bộ phận cách nhiệt chống cháy, rào cản lửa thụ động, buồng chứa phân vùng và giám sát thời gian thực thông qua hệ thống quản lý pin tiên tiến.

Các tiêu chuẩn an toàn nào liên quan đến pin lưu trữ năng lượng?

NFPA 855, UL 9540A và CSA C800-2025 là các tiêu chuẩn an toàn chính để tuân thủ, tập trung vào thử nghiệm cháy, yêu cầu độ bền và quy trình lắp đặt đúng cách.

Những chiến lược ngăn cháy chính nào cho hệ thống lưu trữ năng lượng?

Hệ thống lưu trữ năng lượng sử dụng các biện pháp thụ động và chủ động như rào cản lửa, hệ thống xả khí và buồng chống cháy để kiểm soát đám cháy và hạn chế thiệt hại.

Hệ thống quản lý pin tiên tiến đóng vai trò gì trong việc đảm bảo an toàn?

Kiến trúc BMS tiên tiến sử dụng các thuật toán dự đoán để theo dõi các thông số quan trọng, kích hoạt việc tắt máy chủ động nhằm ngăn chặn sự cố nhiệt trên toàn hệ thống.

Table of Contents